Luận văn tốt nghiệp Kỹ thuật điện: Hệ thống điều khiển nhà thông minh

Chia sẻ: Acacia2510 _Acacia2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

90
lượt xem 28
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận văn giúp các bạn hiểu rõ đặc điểm, tính năng và cấu trúc của ngôi nhà thông minh. Nắm vững những tính năng của hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy, báo trộm... trong nhà thông minh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn tốt nghiệp Kỹ thuật điện: Hệ thống điều khiển nhà thông minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH Trình độ đào tạo: Đại Học Chính Quy Ngành: Điện – Điện Tử Chuyên ngành: Điện Điều Khiển & Tự Động Hóa Giảng viên hướng dẫn: Th.s Châu Nguyễn Ngọc Lan Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hiếu MSSV: 15031251 Lớp: DH15TD Vũng Tàu, 2019
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ THÔNG MINH (SMART HOME CONTROL SYSTEM) KỸ SƯ NGÀNH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA Trình độ đào tạo: Đại Học Chính Quy Ngành: Điện – Điện Tử Chuyên ngành: Điện Điều Khiển & Tự Động Hóa Giảng viên hướng dẫn: Th.s Châu Nguyễn Ngọc Lan Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hiếu MSSV: 15031251 Lớp: DH15TD Vũng Tàu, 2019
LỜI CẢM ƠN Sau hơn 4 năm học tập, rèn luyện, trau dồi kiến thức tại trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, được sự giảng dạy tận tâm của các thầy cô, sự hỗ trợ đắc lực từ gia đình cũng như sự giúp đỡ nhiệt tình từ bạn bè, anh chị khóa trước, ngày hôm nay em đã bước vào chặng cuối của hành trình - hoàn thành luận văn tốt nghiệp để ra trường. Để được như ngày hôm nay, ngoài việc cố gắng, nổ lực từ bản thân thì còn rất nhiều người đã giúp đỡ, khích lệ em trong suốt chặng đường. Vì vậy em muốn gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến những người sau đây: Lời đầu tiên, con cảm ơn ba mẹ, đã hy sinh cả đời mình để tạo điều kiện tốt nhất cho con được học tập. Tiếp theo, em xin cảm ơn quý thầy, cô trong khoa Điện – Điện tử đã truyền đạt cho em những kiến thức quý giá suốt những năm học qua. Đặc biệt, em xin cảm ơn Cô Châu Nguyễn Ngọc Lan, người đã đã tận tình hướng dẫn, góp ý để em có thể hoàn thành luận văn này. Mình cũng xin cảm ơn những bạn bè, anh chị đã động viên, giúp đỡ, sát cánh bên nhau trong thời gian làm luận văn cũng như suốt 4 năm học qua. Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe để tiếp tục truyền đạt những kiến thức quý báu cho các thế hệ sinh viên chúng em. Con chúc ba mẹ thật nhiều sức khỏe, niềm vui và hạnh phúc. Chúc các anh chị, các bạn thành công và vững bước trên con đường mình đã chọn. Xin chân thành cảm ơn! Vũng Tàu, tháng 6 năm 2019 Sinh viên Lê Văn Hiếu
MỤC LỤC Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .................................................................................................3 1.1. Lý do chọn đề tài luận văn: ............................................................................................3 1.2. Mục tiêu của đề tài: ...........................................................................................................3 1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ..............................................................................4 1.4. Ý nghĩa của đề tài: .............................................................................................................4 Chương 2. TỔNG QUAN................................................................................................................5 2.1. Nhà thông minh là gì? ......................................................................................................5 2.2. Các thành phần cơ bản trong nhà thông minh: ........................................................6 2.2.1. Hệ thống quản lý chiếu sáng: ............................................................................6 2.2.2. Hệ thống kiểm soát ra vào:.................................................................................6 2.2.3. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc: .............................................................7 2.2.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện: .....................................................................7 2.2.5. Hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng:...........................................................7 2.2.6. Hệ thống cảm biến và báo động: ......................................................................7 2.2.7. Hệ thống kiểm soát môi trường:.......................................................................8 2.2.8. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái: ...............................................8 2.2.9. Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển, giám sát từ xa: .............................8 2.3. Tình hình phát triển trong và ngoài nước: .................................................................9 2.3.1. Đối với tình hình ngoài nước: ...........................................................................9 2.3.2. Đối với tình hình trong nước: ............................................................................9 2.4. Phân tích, lựa chọn phương án thực hiện đề tài: .................................................. 10 2.4.1. Phương án thực hiện: ........................................................................................ 10 2.4.2. Phân tích phương án đã chọn: ........................................................................ 12
Chương 3. TÌM HIỂU VỀ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM ............................................... 14 3.1. Kit STM32F407 Discovery: ........................................................................................ 14 3.1.1. Các tính năng nổi bật: ....................................................................................... 14 3.1.2. Các khối chức năng chính được sử dụng trong luận văn: .................... 15 3.2. Module thu phát Wifi ESP8266 NodeMCU: ........................................................ 18 3.3. Các cảm biến được sử dụng: ....................................................................................... 20 3.3.1. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11: .............................................................. 20 3.3.2. Cảm biến sáng quang trở CDS: ..................................................................... 22 3.3.3. Cảm biến mưa: .................................................................................................... 23 3.3.4. Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC – SR501: ............................ 23 3.3.5. Cảm biến khí gas MQ-2: .................................................................................. 24 3.4. Mạch RFID RC522 NFC: ............................................................................................ 25 3.5. Màn hình hiển thị LCD:................................................................................................ 26 3.5.1. LCD text 1604 xanh dương: ........................................................................... 26 3.5.2. LCD text 2004 xanh dương: ........................................................................... 27 3.5.3. Mạch chuyển giao tiếp LCD 1602 và LCD 2004 sang I2C: ............... 27 3.6. Module 8 relay: ................................................................................................................ 28 3.7. Các thiết bị khác: ............................................................................................................. 29 3.7.1. Đèn led, quạt: ....................................................................................................... 29 3.7.2. Động cơ RC Servo 9G: ..................................................................................... 29 3.7.3. Cảm ứng một chạm điện dung TTP223B: ................................................. 30 3.8. Các phần mềm được sử dụng: .................................................................................... 31 3.8.1. Arduino IDE:........................................................................................................ 31 3.8.2. Keil uVision5 và STM32CubeMX: ............................................................. 31
3.9. Giao thức MQTT : .......................................................................................................... 32 3.9.1. Tìm hiểu giao thức MQTT: ............................................................................. 32 3.9.2. Cloud MQTT: ...................................................................................................... 34 3.9.3. Ứng dụng điều khiển giám sát từ xa: ........................................................... 35 3.10. Cập nhật thời gian thực từ NTP server: .............................................................. 36 Chương 4. THIẾT KẾ, THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ HÌNH NGÔI NHÀ ..... 37 4.1. Tổng quan hệ thống: ...................................................................................................... 37 4.2. Mô hình ngôi nhà: ........................................................................................................... 38 4.3. Bộ điều khiển trung tâm: .............................................................................................. 39 4.3.1. Thiết kế, thi công mạch điều khiển trung tâm:......................................... 40 4.3.2. Thiết kế, thi công mạch nút nhấn: ................................................................ 42 4.3.3. Bộ điều khiển trung tâm sau khi tích hợp: ................................................. 43 Chương 5. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ........................................................... 44 5.1. Các tính năng của hệ thống điều khiển nhà thông minh: .................................. 44 5.2. Giải thuật điều khiển: .................................................................................................... 45 5.2.1. Đóng mở cửa bằng RFID: ............................................................................... 45 5.2.2. Hoạt động theo các kịch bản: ......................................................................... 46 5.3. Lập trình cập nhật thời gian thực từ NTP sever: ............................................ 51 5.4. Lập trình điều khiển, giám sát từ xa: ........................................................................ 52 5.4.1. Lập trình cho kit STM32F407 và module ESP 8266 NodeMCU: .... 52 5.4.2. Tạo Broker MQTT trên CloudMQTT:........................................................ 54 5.4.3. Thiết lập, tạo giao diện trên ứng dụng IoT OnOff:................................. 56 Chương 6. KẾT QUẢ, HẠN CHẾ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ........................ 58 6.1. Kết quả và hạn chế của đề tài: .................................................................................... 58
6.1.1. Kết quả: .................................................................................................................. 58 6.1.2. Hạn chế: ................................................................................................................. 59 6.2. Hướng phát triển đề tài: ............................................................................................... 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................. 60
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng quan hệ thống ............................................................................ 11 Hình 3.1: Kit STM32F407 Discovery [2] .............................................................................. 14 Hinh 3.2: Cấu trúc cơ bản của một chân I/O đa chức năng [3] .................................. 16 Hình 3.3: Sơ đồ cấu trúc khối giao tiếp USART [3] ......................................................... 17 Hình 3.4: Cấu trúc của một chân I2C [3] .............................................................................. 18 Hình 3.5: Module thu phát Wifi 8266 NodeMCU [4] ...................................................... 18 Hình 3.6: Các chân của Module Wifi 8266 NodeMCU [4] ............................................. 19 Hình 3.7: Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11 ....................................................................... 20 Hình 3.8: Tín hiệu start từ MCU và phản hồi của DHT11 [5] ..................................... 21 Hình 3.9: Bit 0 [5] ........................................................................................................................... 21 Hình 3.10: Bit 1 [5] ........................................................................................................................ 22 Hình 3.11: Cảm biến quang trở CDS ...................................................................................... 22 Hình 3.12: Cảm biến mưa ........................................................................................................... 23 Hình 3.13: Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR HC – SR501 ................................. 23 Hình 3.14: Cảm biến khí gas ...................................................................................................... 24 Hình 3.15: Mach RFID RC552 NFC ......................................................................................... 25 Hình 3.16: LCD text 1604 xanh dương ................................................................................. 26 Hình 3.17: LCD text 2004 xanh dương ................................................................................. 27 Hinh 3.18: Mạch chuyển giao tiếp LCD 1602 và LCD 2004 sang I2C ...................... 27 Hình 3.19: Module 8 relay .......................................................................................................... 28 Hình 3.20: Đèn hắt sang trắng 3 bóng .................................................................................. 29 Hình 3.21: Quạt tản nhiệt 4x4x1cm ...................................................................................... 29 Hình 3.22: Động cơ RC Servo 9G ............................................................................................. 30 Hình 3.23: Cảm ứng một chạm điện dung TTP223B ................................................... 30 Hình 3.24: Mô hình publish/ subscribe ............................................................................... 33 Hình 3.25: Trang CloudMQTT .................................................................................................. 35 Hình 4.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống ...................................................................................... 37
Hình 4.2: Mô hình ngôi nhà ....................................................................................................... 38 Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển trung tâm ....................................................... 40 Hình 4.4: Mạch in bộ điều khiển trung tâm ........................................................................ 41 Hình 4.5: Kêt quả thi công mạch điều khiển trung tâm ................................................ 41 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý mạch nút nhấn .......................................................................... 42 Hình 4.7: Mạch in nút nhấn ....................................................................................................... 42 Hình 4.8: Kết quả thi công mạch nút nhấn ......................................................................... 43 Hình 4.9: Bộ điều khiển trung tâm ......................................................................................... 43 Hình 5.1: Sơ đồ giải thuật đóng mở cửa dùng thẻ RFID ............................................... 45 Hình 5.2: Sơ đồ giải thuật điều khiển đèn phòng vệ sinh............................................. 46 Hình 5.3: Sơ đồ giải thuật báo động khí gas ....................................................................... 46 Hình 5.4: Sơ đồ giải thuật đóng cửa sổ khi trời mưa ..................................................... 47 Hình 5.5: Sơ đồ giải thuật điều khiển đèn, quạt ở Kịch bản 2 - Tiếp khách ......... 48 Hình 5.6: Sơ đồ giải thuật Kịch bản 3 – Ra khỏi nhà ...................................................... 49 Hình 5.7: Sơ đồ giải thuật điều khiển quạt Kịch bản 4 - Đi ngủ................................ 50 Hình 5.8: Sơ đồ giải thuật chống trộm Kịch bản 4 - Đi ngủ ........................................ 50 Hình 5.9: Sơ đồ giải thuật báo thức Kịch bản 4 - Đi ngủ .............................................. 51 Hình 5.10: Sơ đồ khối điều khiển giám sát từ xa qua Internet .................................. 52 Hình 5.11: Sơ đồ giải thuật lập tình STM32F407 giao tiếp ESP8266 ..................... 53 Hình 5.12: Sơ đồ giải thuật lập trình ESP8266 ................................................................. 54 Hình 5.13: Gói “Humble Hedgehog” của CloudMQTT .................................................... 55 Hình 5.14: Cung cấp thông tin broker cho ứng dụng IoT OnOff ............................... 56 Hình 5.15: Ứng dụng IoT OnOff kết nối broker ................................................................ 57 Hình 5.16: Giao diện điều khiển được tạo trên ứng dụng IoT OnOff ..................... 57 Hình 6.1: Bộ điều khiển và mô hình ngôi nhà sau khi hoàn thành .......................... 58
DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Giao tiếp giữa mạch chuyển đổi LCD sang I2C với MCU .......................... 28 Bảng 4.1: Bố trí cảm biến và các thiết bị.............................................................................. 38 Bảng 4.2: Các chân vi điều khiển sử dụng ........................................................................... 40 Bảng 5.1: Các topic phải tạo ...................................................................................................... 56
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MQTT: Message Queuing Telemetry Transport MCU: Micro-controller Unit AI: Artificial Intelligence NTP: Network Time Protocol
TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn được trình bày thành 6 chương với những nội dung cơ bản sau: Chương 1. Giới thiệu đề tài: Ở chương này, em trình bày lý do chọn đề tài, mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu cũng như ý nghĩa của đề tài. Chương 2. Tổng quan: Đề cập đến khái niệm nhà thông minh, những thành phần cơ bản nhất của một hệ thống nhà thông minh. Ngoài ra còn trình bày tình hình phát triển của lĩnh vực nhà thông minh trong và ngoài nước. Cuối cùng dựa trên những kiến thức đó phân tích, lựa chọn phương pháp thực hiện đề tài. Chương 3. Tìm hiểu phần cứng và phần mềm: Ở chương này trình bày phần cứng, phần mềm, và những kiến thức liên quan. Cụ thể phần cứng gồm: kit STM32F407 Discovery, ESP8266 NodeMCU, các loại cảm biến: nhiệt độ, mưa, ánh sáng,…Phần mềm gồm: Arduino IDE, Keil uVision 5, STM32CubeMX. Một số kiến thức liên quan như giao thức MQTT, NTP server. Chương 4. Thiết kế, thi công bộ điều khiển và mô hình ngôi nhà: Trình bày trình tự thiết kế và thi công phần cứng. Chương 5. Giải thuật điều khiển: Trong chương này trình bày những thuật toán điều khiển gồm: thuật toán điều khiển đóng mở cửa dùng thẻ RFID, thuật toán điều khiển theo kịch bản, thuật toán điều khiển và giám sát từ xa,… Chương 6: Kết quả, hạn chế và hướng phát triển của đề tài: Kết quả đạt được của đề tài, những hạn chế và hướng phát triển của hệ thống trong tương lai. 1
MỞ ĐẦU Nếu như trước đây, nhà thông minh chỉ toàn nằm trong trí tưởng tượng cũng như trên phim ảnh mà thôi, thì hiện nay nhà thông minh đã rất phát triển và trở nên phổ biến. Ở nước ta, thuật ngữ này đã không còn quá xa lạ với người dân. Hàng loạt các công ty nghiên cứu, cung cấp giải pháp nhà thông minh ra đời, nhiều căn hộ cao cấp được lắp đặt và sử dụng công nghệ này. Tuy nhiên để sở hữu một căn nhà với những chức năng hiện đại như điều khiển chiếu sáng, điều khiển rèm cửa, hệ thống an ninh báo trộm, báo cháy... hay gần đây là công nghệ trợ lý ảo thì người dùng phải bỏ ra một số tiền không hề nhỏ, mà không phải ai cũng đủ khả năng chi trả. Với mục đích vận dụng những kiến thức đã được học để tạo ra bộ thiết bị điều khiển cho chính ngôi nhà của mình với những tính năng cơ bản, giá phải chăng, em đã chọn đề tài “Hệ thống điều khiển nhà thông minh”. Đề tài tập trung xây dựng bộ điều khiển on/off các thiết bị trong nhà, hoạt động theo các kịch bản, đọc và hiển thị cảm biến, chống trộm, điều khiển giám sát ngôi nhà từ xa thông qua mạng Internet. 2
Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1. Lý do chọn đề tài luận văn: Em chọn “Hệ thống điều khiển nhà thông minh” làm đề tài luận văn tốt nghiệp vì những lý do sau đây:  Thứ nhất, nhà thông minh đang là xu hướng phổ biến trên thế giới khi hỗ trợ tiết kiệm thời gian và công sức nhờ áp dụng công nghệ hiện đại. Tại Việt Nam, công nghệ này cũng ngày càng được lòng người dùng và trở thành lựa chọn ưu tiên.  Thứ hai, em có thể áp dụng được nhiều kiến thức đã được học vào đề tài như kiến thức lập trình vi điều khiển, kiến thức về các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,.. hoặc kiến thức về giao tiếp giữa 2 vi điều khiển,…Đây cũng là cơ hội để em tìm hiểu thêm kiến thức mới, rèn luyện tính tự chủ và tinh thần trách nhiệm trong công việc.  Thứ ba, dưới sự phổ biến của công nghệ nhà thông minh hiện nay, thì nhu cầu tìm hiểu và phát triển càng trở nên cấp thiết.  Cuối cùng, với mục đích tạo ra được một bộ điều khiển với những tính năng cơ bản, áp dụng được cho chính ngôi nhà của mình đã tạo thêm động lực thúc đẩy cho em thực hiện đề tài này. 1.2. Mục tiêu của đề tài: Hiểu rõ đặc điểm, tính năng và cấu trúc của ngôi nhà thông minh. Nắm vững những tính năng của hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy, báo trộm... trong nhà thông minh. Thiết kế và gia công bộ điều khiển ngôi nhà với những tính năng cơ bản sau:  Có khả năng bật, tắt các thiết bị trong nhà bằng tay hoặc tự động theo các kịch bản.  Đọc và xử lý tín hiệu từ các cảm biến.  Đóng mở cửa bán tự động sử dụng thẻ RFID.  Báo trộm, rò khí gas.  Cập nhật thời gian thực, hẹn giờ báo thức.  Có thể điều khiển, giám sát từ xa bằng điện thoại kết nối mạng Internet. Xây dựng mô hình ngôi nhà để có thể vận hành thử nghiệm bộ điều khiển trên. 3
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Phạm vi của nhà thông minh rất rộng, từ cơ sở hạ tầng cho đến các chức năng, chế độ hoạt động. Trong luân văn tập trung nghiên cứu thiết kế hệ thống bật tắt các thiết bị trong nhà theo kịch bản, báo trộm, báo rò khí gas, hẹn giờ báo thức. Điều khiển, giám sát từ xa thông qua Internet. 1.4. Ý nghĩa của đề tài: Là tài liệu hữu ích cho những ai mới bắt đầu tìm hiểu về hệ thống nhà thông minh. Đặc biệt là tài liệu tham khảo cho những ai muốn tự thiết kế, chế tạo một bộ điều khiển ngôi nhà với những tính năng cơ bản. 4
Chương 2. TỔNG QUAN 2.1. Nhà thông minh là gì? Nhà thông minh hay hệ thống nhà thông minh là một ngôi nhà/căn hộ được trang bị các hệ thống tự động thông minh cùng với cách bố trí hợp lý, các hệ thống này có khả năng tự điều phối các hoạt động trong ngôi nhà theo thói quen sinh hoạt và nhu cầu cá nhân của gia chủ. Chúng ta cũng có thể hiểu ngôi nhà thông minh là một hệ thống chỉnh thể mà trong đó, tất cả các thiết bị điện tử gia dụng đều được liên kết với thiết bị điều khiển trung tâm và có thế phối hợp với nhau để cùng thực hiện một chức năng. Các thiết bị này có thể tự đưa ra cách xử lý tình huống được lập trình trước, hoặc là được điều khiển và giám sát từ xa nhằm mục đích làm cho cuộc sống ngày càng tiện nghi, an toàn và góp phần sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên. Một trong những ví dụ cơ bản nhất của nhà thông minh là một hệ thống kiểm soát mức độ chiếu sáng của hệ thống đèn giúp tiết kiệm điện và phù hợp với khung cảnh, chẳng hạn như cài đặt đèn ánh sáng nhẹ cho các bữa tiệc tối. Hệ thống cũng có thể điều chỉnh rèm cửa theo yêu cầu, kiểm soát nhiệt độ, hệ thống camera giám sát, hệ thống khóa cửa tự động, hệ thống phòng ngừa trộm. Nhà thông minh ngoài ra còn có một số ứng dụng sáng tạo hơn, gồm hệ thống điều khiển giải trí tại gia – loa công suất khác nhau, hệ thống điện thoại, liên lạc nội bộ, hệ thống tưới nước... Các chức năng này có thể được thực hiện nhờ các thiết bị trong nhà được kết nối với nhau để hệ thống máy tính trung tâm có thể theo dõi các trạng thái và ra các quyết định điều khiển phù hợp. Nhà thông minh đã được hình dung trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng từ nhiều năm nhưng nó chỉ trở thành hiện thực kể từ thế kỷ 20 sau sự phát triển rộng rãi của điện và những tiến bộ nhanh chóng của công nghệ thông tin. Công nghệ nhà thông minh là hiện thực và nó ngày càng trở nên tinh vi. Các tín hiệu được mã hóa được gửi đi qua hệ thống dây dẫn, mạng không dây đến các bộ chuyển mạch, ổ điện được lập trình sẵn để vận hành các đồ gia dụng và thiết bị điện tử ở trong ngôi nhà. 5
Sự tự động hóa của ngôi nhà đặc biệt có ích cho người lớn tuổi và người tàn tật, những người muốn sống tự lập. Việc lắp đặt các sản phẩm thông minh đem lại cho ngôi nhà và chủ nhân của nó rất nhiều lợi ích – tương tự như những lợi ích mà công nghệ và máy tính cá nhân đã đem lại cho chúng ta nhiều năm qua - bao gồm: sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc và năng lượng. 2.2. Các thành phần cơ bản trong nhà thông minh: 2.2.1. Hệ thống quản lý chiếu sáng: Các thiết bị chiếu sáng như bóng đèn sợi đốt, đèn neon, đèn ngủ, trang trí…được sử dụng rất nhiều. Vì vậy nếu phối hợp chiếu sáng không hợp lý sẽ dẫn tới bị “ô nhiễm” ánh sáng. Ngoài ra, việc chiếu sáng như vậy còn gây lãng phí điện, giảm tuổi thọ thiết bị. Bên cạnh đó số lượng đèn dùng để chiếu sáng là khá lớn, gia chủ sẽ gặp những bất tiện nhỏ trong việc bật tắt, điều chỉnh độ sáng cho phù hợp. Hệ thống chiếu sáng sẽ được tích hợp chung với các hệ thống khác hoặc sẽ được tách riêng ra để điều khiển độc lập. Các giải pháp đều nhằm tối ưu hóa hệ thống và giúp gia chủ điều khiển dễ dàng hơn. Các giải pháp kết hợp sẽ được tính đến để tự động hóa tới mức tối đa. 2.2.2. Hệ thống kiểm soát ra vào: Khi gia chủ đi vắng, việc kiểm soát các hệ thống vào ra trong ngôi nhà là rất quan trọng, giúp đề phòng trộm v.v… Ngôi nhà thông minh cung cấp hệ thống kiểm soát vào ra cho phép chủ nhà quản lý và cấp quyền “đăng nhập” cho các thành viên trong gia đình và người thân. Hệ thống cửa ra vào sẽ được lắp đặt các khóa vân tay hoặc thẻ từ… nhằm nhận dạng người trong nhà hoặc khách để cấp quyền “đăng nhập”. Ngoài ra, còn có thể dùng hệ thống nhận diện khuôn mặt hay giọng nói. Mỗi khi có sự kiện mới, hệ thống kiểm soát ra vào này cũng sẽ kích hoạt các hệ thống khác để lưu giữ các thay đổi do người dùng tạo ra. 6
2.2.3. Hệ thống quan sát, thông tin liên lạc: Một ngôi nhà bình thường sẽ có từ 4 đến 5 phòng kín, và do vậy sẽ có một vài vấn đề khó khăn khi giao tiếp từ phòng này sang phòng khác. Một hệ thống thông tin liên lạc nội bộ có thể giúp giải quyết vấn đề này. Hệ thống liên lạc nội bộ đơn giản có thể là các điện thoại cố định. Ngoài chức năng liên lạc trong nhà, hệ thống này cần được kết nối với mạng điện thoại để tiện cho việc giao tiếp và công việc hơn, để làm việc này cần đến một bộ chuyển kênh. Hệ thống quan sát sẽ giúp việc kiểm soát an ninh, người vào/ra ngôi nhà…giúp cho gia chủ nhận diện khách nhanh chóng thông qua camera. 2.2.4. Hệ thống giải trí đa phương tiện: Ngôi nhà là nơi sinh hoạt của một gia đình có thể gồm nhiều thế hệ và mỗi thế hệ lại có nhu cầu giải trí khác nhau. Do đó, một hệ thống giải trí đa phương tiện sẽ cung cấp cho các thành viên những hoạt động giải trí phù hợp… 2.2.5. Hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng: Đối với một ngôi nhà bình thường thì việc cung cấp và đo lường các chỉ số điện nước đều phải thông qua các cơ quan nhà nước. Ngôi nhà thông minh cung cấp giải pháp nhằm đo lường và báo lại các thông số điện, nước thường xuyên, kết hợp với bộ xử lý trung tâm và các hệ thống khác để tiết kiệm năng lượng. 2.2.6. Hệ thống cảm biến và báo động: Hệ thống các cảm biến là thành phần quan trọng trong bất kì hệ thống nào của ngôi nhà, các cảm biến có nhiệm vụ gửi các thông số đo được về cho bộ xử lý trung tâm để có giải pháp phù hợp với từng gói dữ liệu và xử lý từng tình huống tương ứng. Các cảm biến cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến gas, cảm biến áp suất, cảm biến hồng ngoại… 7
2.2.7. Hệ thống kiểm soát môi trường: Môi trường sống là nhân tố rất quan trong trong cuộc sống. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của mỗi thành viên trong gia đình. Trong thời đại công nghiệp hóa thì độ ô nhiễm môi trường ngày càng cao. Vì vậy việc bảo vệ môi trường sống được các nhà khoa học rất chú trọng. Hệ thống kiểm soát môi trường sẽ đảm bảo môi trường trong nhà luôn ở tình trạng tốt nhất cho con người. Hệ thống kiểm soát môi trường có thể gồm các thiết bị như: máy điều hòa, hệ thống quạt thông gió... 2.2.8. Hệ thống các công tắc điều khiển trạng thái: Hệ thống các công tắc và bảng hiển thị sẽ cung cấp thông tin cũng như nhận lệnh điều khiển từ gia chủ. Đảm bảo sự tương tác hai chiều giữa các thành viên và hệ thống tự động. Hệ thống bao gồm: các điều khiển từ xa, các công tắc gắn tường, các bảng điều khiển tương tác HMI, điện thoại thông minh… 2.2.9. Hệ thống xử lý trung tâm, điều khiển, giám sát từ xa: Ngôi nhà thông minh được đánh giá cao và khác hẳn những ngôi nhà bình thường là do nó được trang bị một hệ thống điều khiển và toàn bộ các thay đổi và điều khiển tự động trong ngôi nhà được xử lý đồng nhất thông qua hệ thống xử lý trung tâm. Nó có vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ liên kết các hệ thống khác trong ngôi nhà lại với nhau, điều phối của hệ thống chấp hành một cách nhịp nhàng theo các điều kiện tác động được lập trình từ trước. Chúng ta gọi đó là các kịch bản – hay là các điều kiện môi trường trong ngôi nhà. Gần đây với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) thì quá trình điều khiển ngôi nhà càng trở nên tinh vi hơn. Một vài sự kết hợp tiêu biểu:  Hệ thống chiếu sáng với Hệ thống xử lý trung tâm có thể học và thực hiện theo thói quen của người sử dụng. Hay các thiết bị chiếu sáng sẽ hoạt động theo chu trình thời gian đặt trước.  Hệ thống chiếu sáng kết hợp với Hệ thống cảm biến cung cấp khả năng tự động điều khiển ánh sáng như: đèn tự động tắt khi không có người trong phòng... 8
 Hệ thống cảnh báo kết hợp với hệ thống chiếu sáng: khi có vấn đề xảy ra như cháy nổ, phát hiện ăn trộm…các bóng đèn sẽ chớp sáng liên tục, đồng thời sẽ có tiếng còi báo hiệu.  Hệ thống cảm biến kết hợp với hệ thống xử lý trung tâm báo cáo tình trạng lưu trữ điện trong các UPS, báo cáo mực nước trong bồn chứa…nhằm đảm bảo nguồn cung cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày.  Hệ thống giải trí đa phương tiện kết hợp với hệ thống chiếu sáng nhằm đem lại những giây phút thư giãn cho thành viên trong gia đình. 2.3. Tình hình phát triển trong và ngoài nước: 2.3.1. Đối với tình hình ngoài nước: Trên phạm vi toàn cầu, nhà thông minh được xem là một lĩnh vực có dư địa phát triển rất lớn. Các đại gia công nghệ như Microsoft, Apple, Google, Samsung...tỏ ra sốt sắng với xu hướng này thông qua hàng loạt những dự án liên quan. Google mua lại Nest (hãng sản xuất bộ điều khiển nhiệt độ thông minh và thiết bị báo khói), Samsung ra mắt hệ thống nhà thông minh khép kín trong các thiết bị của hãng, Apple giới thiệu nền tảng phát triển ứng dụng nhà thông minh HomeKit [1]. Ngoài ra, nhắc đến những thương hiệu nhà thông minh đến từ nước ngoài, không thể không kể đến: hãng Schneider của Pháp, Smartg4 của Mỹ, Gamma của Đức,... Các sản phẩm thiết bị nhà thông minh đến từ nước ngoài đều mang trong mình những ưu điểm vượt trội về thiết kế, tính năng với những giải pháp tiên tiến và hiện đại. 2.3.2. Đối với tình hình trong nước: Các doanh nghiệp Việt Nam vẫn không ngừng bám đuổi công nghệ trên thế giới, không ngừng nghiên cứu về nhà thông minh. Thực tế, đã có nhiều doanh nghiệp của chúng ta cho ra mắt sản phẩm nhà thông minh “Made in Vietnam”. Ta có thể kể tới:  Nhà thông minh BKAV: - BKAV hiện đang cung cấp 2 sản phẩm Nhà thông minh là BKAV SmartHome thế hệ 2 và BKAV Smarthome Luxury. 9